Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Cours 2022 sur les Systèmes Énergétiques

A l'instar de ce que nous avons fait pour nos MOOC, nous avons décidé de proposer un cours scénarisé dans le détail destiné à des apprenants en licence ou à des professionnels. Nous l'avons intitulé Systèmes Énergétiques 2022.

Précisons que ce cours correspond peu ou prou à la version en ligne de l'édition 2022-2023 du livre Systèmes Énergétiques en cours de préparation. Il s'appuie largement sur les ressources numériques qui ont été mises au point dans le cadre des MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur, mais il les complète par divers approfondissements qu'il n'était pas possible d'aborder dans ces MOOC, du fait à la fois de la charge de travail et du niveau scientifique requis.

Rappelons que Conversion Thermodynamique de la Chaleur est un parcours de deux MOOC qui traitent des systèmes énergétiques permettant soit de convertir de la chaleur en travail mécanique, soit d'extraire de la chaleur à basse température grâce à un apport d'énergie mécanique. Ces technologies sont aussi appelées machines thermiques.

La pédagogie retenue dans ces MOOC est celle du premier mode de notre approche pédagogique, à savoir une présentation allégée qui répond aux besoins des apprenants disposant d'un bagage scientifique très limité, et donc ne fait appel ni à l'entropie ni à l'exergie. Les exercices pratiques utilisent les explorations dirigées de modèles simples.

Le troisième mode est destiné à des élèves en master ou école d'ingénieurs familiers des développements théoriques. Il se distingue des autres modes par deux points :

  • Tout d'abord, ces élèves sont habitués à une présentation "cartésienne" et disciplinaire de leurs enseignements, et rien ne s'oppose à ce que l'on commence par leur présenter toute la théorie avant de passer aux applications ;

  • Ensuite, comme pour eux l'utilisation de l'entropie ne pose aucun problème, on peut très rapidement introduire les diagrammes entropiques (T,s) et ceux de Mollier (h, s) ainsi que l'exergie et les bilans exergétiques.

Pour ce cours, nous adoptons le second mode, dit progressif, qui s'adresse à des apprenants en licence, ou encore à des professionnels en activité. Ces apprenants ne sont pas particulièrement motivés par les aspects théoriques, tout en étant capables de les suivre s'il le faut.

Le mode progressif commence par la présentation allégée, mais la complète ensuite en introduisant une démarche d'amélioration des cycles s'appuyant sur la comparaison avec le cycle de Carnot dans le diagramme entropique et les bilans exergétiques. Les exercices pratiques utilisent les explorations dirigées de modèles ainsi que quelques séances Diapason.

Ce cours s'appuie sur les ressources publiées dans le portail Thermoptim-Unit, et réutilise en particulier les vidéos de nos MOOC CTC et un certain nombre de séances Diapason et d'activités d'auto-évaluation ou d'explorations dirigées de modèles.

Comme nous n'avons pas réenregistré ces vidéos, ne soyez pas surpris si des références subsistent aux autres ressources des MOOC. Il y en a peu et elles ne gênent en rien la compréhension du cours.

Ce cours comporte trois grandes parties, correspondant à peu près aux trois tomes du livre.

La première partie commence par une initiation à la discipline : découverte des fonctions mises en jeu dans les composants des cycles élémentaires, des évolutions de référence subies par les fluides, tracé des cycles dans le diagramme enthalpie-pression, modélisation avec Thermoptim.

Dans un second temps, elle introduit de puissants concepts qui seront utilisés dans les deux autres parties : calculs de combustion, échangeurs de chaleur, définition de l'entropie et de l'exergie, bilans exergétiques, méthode du pincement.

Il est ensuite possible, dans la deuxième partie consacrée aux installations thermodynamiques classiques, de montrer aux apprenants comment ils peuvent utiliser ces outils puissants pour améliorer les performances des systèmes simples étudiés auparavant. Les principaux cycles utilisés y sont successivement étudiés, toujours illustrés par de nombreux modèles résolus avec Thermoptim et une vingtaine d'explorations dirigées.

Enfin, la troisième partie traite des systèmes innovants à faible impact environnemental, et permet aux apprenants de découvrir de nombreux cycles innovants, utilisables avec une grande variété de sources d'énergie et pour de multiples applications.

Au fur et à mesure de l'avancement du cours, et donc de l'acquisition des connaissances par les apprenants, nous avons pris le parti de leur laisser davantage d'autonomie dans leur apprentissage.

Dans la première partie, ils sont guidés pas à pas par de nombreuses vidéos et de multiples activités d'auto-évaluation destinées à leur permettre de s'assurer qu'ils ont bien compris le sens des concepts qui sont introduits. Un rappel des principales connaissances acquises est effectué à la fin de chaque module.

A partir du cinquième module, le cours change de forme, avec des présentations plus sommaires et des renvois vers les pages du portail Thermoptim-Unit développant les sujets abordés.

Le nombre de vidéos et d'activités d'auto-évaluation diminue, et certaines parties du cours sont introduites par des séances sonorisées Diapason (Diaporama Pédagogiques Animés et Sonorisés).

Les apprenants sont de plus en plus encouragés à travailler par eux-mêmes, notamment avec les diverses explorations dirigées de modèles proposées.

Copyright R. Gicquel v 2022.5

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